Monitorización e Identificación en Tiempo Real del Polen y Otros Aerosoles
Swisens Poleno
Swisens Poleno, el equipamiento de tecnología altamente innovadora para la identificación precisa y confiable de aerosoles. Está especialmente optimizado para la identificación, en tiempo real y de manera automática, de taxones de polen de manera continua.
Swisens Poleno marca el comienzo de una nueva era en la medición de los aerosoles en general y del polen en particular.
Documentación técnico-comercial:
Artículos científicos relevantes:
Sauvageat et al.: Real-time monitoring using digital holography.
Principio de Funcionamiento
Se trata del citómetro de flujo que proporciona el mayor número de datos por partícula del mercado. Este rico mosaico de información, imágenes de alta resolución incluidas, procesada con algoritmos de última generación basados en redes neuronales y machine learning, permite realizar una clasificación de excelente calidad de las partículas.
El Swisens Poleno se basa en la observación por etapas mediante el análisis morfológico (tamaño, forma, etc.) y bioquímico (fluorescencia: intensidad y latencia). Las etapas son las siguientes:
- Dispersión de la luz (light scattering).
- Holografía digital.
- Fluorescencia inducida por UV (intensidad y latencia).
- Polarización.
Ejemplos de imágenes holográficas digitales de pólenes cuyos taxones son comunes en la Península Ibérica (pasando sobre las imágenes pueden verse coloreadas las áreas que se tienen en cuenta para la toma de decisiones en la clasificación).
Ambrosia artemisiifolia
Corylus avellana
Quercus robur
Fagus sylvatica
El sistema se encuentra alimentado por una muestra de aire constante de 40 l/min que entra por una toma tipo Sigma-2 acorde a la norma VDI 2119:2013. La muestra es conducida hacia un concentrador de partículas (cuya función es permitir una muy buena resolución temporal, eliminar las partículas más gruesas y generar un muestreo representativo de todas las partículas contenidas en la muestra).
Tras el concentrador, los dos láseres a 90º (de 450 y 685 nm) detectan el flujo de partículas (por dispersión del haz o light scattering) activando el muestreo y realizando una primera estimación, por la combinación de ambos, de velocidad, alineación y tamaño. Tras esta etapa y por medio de holografía digital, se obtienen dos imágenes a 90º de cada partícula con las siguientes características:
- 55 parejas de imágenes/segundo.
- Resolución de 0.56 μm/píxel.
- Tamaño de la imagen de 200 x 200 px (115 x 115 μm).
A partir de la holografía digital, el Swisens Poleno es capaz de contabilizar los granos de polen, determinar la tipología de los mismos y discriminarlos respecto al resto de partículas. Este proceso de reconocimiento y clasificación se realiza por medio de:
- Algoritmos de identificación de partículas basados en su forma y tamaño.
- Algoritmos de deep learning (neural networks) para la asimilación de formas y patrones de los granos de polen.
Entendiendo que cada partícula (granos de polen incluidos) tiene una firma particular obtenida mediante los métodos anteriormente descritos, características adicionales pueden ser determinadas por el Swisens Poleno Estándar (el upgrade respecto al Swisens Poleno Básico). Estas características complementarias se obtienen mediante la medición de la fluorescencia (intensidad y latencia) y la polarización.
Así pues, tras la holografía, el flujo de partículas es observado en la etapa de medición de la fluorescencia. A partir de la excitación de las partículas mediante tres fuentes (dos LED de 280 y 365 nm; un diodo láser de 405 nm) se registra la respuesta de las mismas en cinco ventanas (entre 320 y 750 nm). La medida de la intensidad y latencia de esta respuesta en estas cinco ventanas permite generar una rica (y complementaria) información de cada partícula para afinar la clasificación de las mismas.
En una última etapa, el flujo de partículas es analizado (de nuevo desde el punto de vista morfológico) según su polarización (vertical y horizontal de la retrodispersión de la luz con una resolución de 4 μs). Este método permite obtener datos adicionales sobre el tamaño, estructura de la superficie de la partícula y del factor de polarización de la misma.
Opcionalmente, previo a la salida del aire muestreado, se puede disponer de un colector de muestra para el contraste manual en laboratorio de las partículas medidas con el Swisens Poleno (opción disponible en ambos modelos).
Rasgos Diferenciales
La aerobiología es la disciplina de la biología que estudia los pólenes, las esporas y otros bioaerosoles aeronavegantes o cuya difusión se realiza a través del aire. Los estudios aerobiológicos se realizan, de manera estandarizada en Europa y en buena parte del mundo, a partir del muestreo del aire a partir de redes de captadores tipo Hirst.
Este tipo de captadores fue ideado en 1952 por Jim M. Hirst, se trata de un equipo que succiona un volumen de aire (10 litros/minuto) por medio de una bomba de vacío. El volumen de aire muestreado impacta sobre una cinta adhesiva montada en un tambor rotatorio dotado de un mecanismo de relojería. La orientación de la toma de aire está gobernada por una veleta que la posiciona hacia la dirección del viento.
Los técnicos o científicos encargados de la operación de un captador Hirst, deben retirar la cinta adhesiva con una frecuencia diaria/semanal y cambiarla por una cinta nueva. La cinta retirada debe procesarse manualmente en laboratorio (en las estaciones de muestreo en las que no exista laboratorio, se suele enviar por correo con una frecuencia semanal). Esencialmente, el procesado de la cinta consta de las siguientes etapas:
- Seccionado de la cinta en fragmentos diarios.
- Identificación, disposición y montaje de los fragmentos de cinta en los portaobjetos.
- Teñido de la muestra para una óptima identificación de los granos del polen mediante una solución de glicerogelatina teñida con fucsina.
Tras el procesado de las muestras y mediante microscopio, el recuento de los granos de polen y esporas se realiza de manera manual (la fucsina favorece el resalte de aquellos bioaerosoles de origen vegetal). Dado que la contabilización de todos los granos de polen en la superficie de cada fragmento de cinta sería enormemente costoso en tiempo, se suele realizar un barrido lateral de la cinta mediante el microscopio de manera que se pueda obtener una muestra representativa de granos de polen para cada 24h, realizando el recuento sobre un mínimo del 10% de la muestra (límite fijado por la norma de la EAN, European Aeroallergen Network).
Una vez hecho el recuento, se digitalizan, se realiza la conversión a las unidades estándares (granos de polen/metro cúbico) y se remiten para su valoración/publicación por los diferentes servicios de salud, meteorología, centros de investigación, etc.
A continuación, se resume el proceso habitual de recogida de muestras en el que se describen los principales inconvenientes de cada una de las etapas.
Muestreo
Cambio de cinta
Envío de muestras
Preparación y recuento manual
Digitalización
Visualización y publicación de datos
- Diseño de 1952
- Elementos mecánicos sujetos a desgaste y averías
- Resolución limitada
- Trabajo manual
- Consumibles
- Errores sistemáticos y espurios
- Tiempo de tránsito
- Costes de envío
- Personal formado
- Muy costoso en horas
- Factor humano
- Muestreo del 10-15% respecto al total
- Costoso en horas
- Errores espurios
- Retraso respecto a la muestra (de 7 a 10 días)
- Inviable para previsiones y alertas
La medida del polen y aerosoles mediante el Swisens Poleno representa GRANDES VENTAJAS respecto al método convencional:
Observación de partículas de manera automática, en tiempo real y con una elevada resolución (partícula a partícula).
Sin atención diaria/semanal para el cambio de tiras adhesivas (retirada de cinta, preparación del tambor, cuerda, etc.).
Envío automático de datos por Internet (mediante módem 3/4G o Internet local).
Permite la realización de previsiones y la generación de alertas a los diferentes usuarios discriminando tipos de alérgenos (agencias meteorológicas, servicios de salud, centros de investigación, grupos de alérgicos, etc.) .
Identificación y clasificación automática de taxones y otros aerosoles (incluye el aprendizaje de nuevos tipos) con una elevada fiabilidad.
Digitalización automática de las partículas y datos observados (datos almacenados en base de datos, consultables de manera remota desde cualquier punto con acceso a Internet).
Publicación automática de datos e integración en sistemas de terceros (distribución automática de datos e integración en sistemas/servidores de terceros como servicios meteorológicos o servicios de salud).
Bajo mantenimiento (sin filtros, elementos móviles, monitorización remota de parámetros de funcionamiento, rendimiento, etc.).
Ligero y fácil de instalar en los emplazamientos habituales en los que se suelen instalar los captadores tipo Hirst (se puede instalar con 2-3 personas, sin precisar de costosos medios materiales).
Vea en qué consiste la instalación de un Swisens Poleno sobre la cubierta de un edificio convencional
Especificaciones Técnicas y Características Generales
- Tipo de partículas: polen, esporas y otros aerosoles
- Rango de medida (tamaño): desde 1 μm hasta 300 μm
- Concentración máxima recomendada: 30.000 partículas/m3
- Tiempo de muestreo: muestreo en continuo
- Caudal de aire: 40 l/min (operación normal), 300 l/min (caudal de mantenimiento/limpieza)
- Concentrador de partículas: factor 1.000 (de 10 a 300 μm)
- Holografía digital:
- Dos imágenes a 90º por partícula
- Resolución de 0.56 μm/píxel
- Tamaño maximo de imágenes de 2.048 x 1.536 píxeles
- Frecuencia de hasta 55 imágenes por segundo
- Polarización: resolución de 4 μs
- Fluorescencia:
- Dos LEDs (280 y 365 nm) y diodo láser de 405 nm
- Intensidad medida en 5 ventanas específicas entre los 320 y 750 nm
- Latencia medida en las 5 ventanas en un rango de 0.5 a 20 ns
- Alimentación:
- Voltaje de 100 a 240 VAC
- Frecuencia 50/60 Hz
- Consumo: 750 W (A/C incluido)
- Toma de tierra (instalaciones en el exterior)
- Comunicaciones:
- Digitales RS232/RS485
- Módem 3G/4G
- Ethernet Rj45 Internet Local
- 4 Salidas/entradas digitales
- 4 Salidas/entradas analógicas
- Tamaño completo (entre paréntesis, el tamaño del Swisens Poleno estrictamente):
- Ancho: 730 mm (320 mm)
- Alto: 1500 mm (470 mm)
- Profundidad: 630 mm (280 mm)
- Peso completo: 134 kg (26 kg el Swisens Poleno estrictamente)
- Armario de intemperie equipado con cerradura de medio cilindro y bisagras interiores
- Módem GSM/3G/4G (según opción de comunicación elegida) y antena exterior
- Estación de servicio compuesta por:
- PC Industrial
- Pantalla de 22 pulgadas
- Teclado con soporte
- Climatización (480W como solución estándar, consultar para condiciones de climatización específicas)
- Pie metálico de soporte/base.
- Valores óptimos de operación:
- Temperatura del aire: de 10ºC a 40ºC
- Humedad relativa: del 10 al 90%
- Grado de protección:
- Armario de intemperie: IP65
- Aire acondicionado: IP24 (circuito exterior) IP54 (circuito interior)
Opciones
Existen diversas opciones a considerar en el momento de abordar la adquisición de una o varias estaciones Swisens Poleno. Esencialmente existen dos modelos:
- Swisens Poleno Basic.
- Swisens Poleno Standard.
La versión Basic dispone de las funcionalidades de dispersión de la luz y holografía digital (light scattering y digital holography) mientras que la versión Standard incorpora, además, las funcionalidades de medición de la fluorescencia y la polarización (en todo caso, es posible la realización de un UPGRADE desde la versión BASIC a la versión STANDARD en cualquier momento). A continuación se muestran las características esenciales de cada modelo con el objeto de que pueda determinar cuál de los dos modelos (Basic o Standard) se ajusta las necesidades de monitorización.
Swisens Poleno Basic
- Identificación de los tipos de polen más habituales (más del 95% de acierto para los tipos de polen Alnus, Ambrosia, Betula, Carpinus, Corylus, Fagus, Fraxinus, Pinus, Poaceae, Populus, Quercus, Urtica, etc. además de todos aquellos taxones incorporados por Swisens hasta el momento del suministro).
- Menor precio que la versión estándar (no equipa fluorescencia ni polarización).
- Actualizable a la versión Standard en todo momento.
Swisens Poleno Standard
- Identificación de la mayoría de los tipos de polen.
- Medida de fluorescencia y polarización permitiendo la discriminación entre tipos de polen con morfología similar.
- Identificación adicional de otros tipos de bioaerosoles como esporas.
- Monitorización y clasificación de materia particulada (PM1, PM2.5 y PM10).
Una vez determinado el nivel de equipamiento del Swisens Poleno (Basic o Standard), se debe considerar la aplicación del Swisens Poleno:
- Estación completa para muestreo en exteriores (Swisens poleno equipado con armario de intemperie climatizado, pie metálico, estación de servicio, toma de aire tipo Sigma-2, etc.).
- Estación para funcionamiento en laboratorio (no incluye equipamiento auxiliar).
En el caso de precisar de una estación completa, deberán considerarse las siguientes cuestiones:
- Necesidades de energía:
- Existencia de punto de alimentación cercano.
- Necesidades de estabilización y aseguramiento del suministro (UPS).
- Punto de toma de tierra (existencia y necesidades de implantación).
- Necesidades de comunicaciones:
- Existencia de punto de comunicaciones WLAN para conexión mediante Ethernet.
- Necesidades de comunicaciones por la red móvil (equipamiento de módem 3/4G, sujeto a disponibilidad de cobertura del operador de telefonía móvil).
- Necesidades de climatización:
- El sistema se suministra por defecto con una climatización de 480W (consultar para una climatización específica).
- Datos meteorológicos:
- Existe la posibilidad de añadir una estación meteorológica compacta a la estación de muestreo.
- Explotación de datos:
- Centralización de datos en un servidor propio o ajeno.
- Integración en sistemas de terceros (agencias meteorológicas, servicios de salud, etc.).
- Para la asimilación de otros tipos de polen u otros aerosoles deberá considerarse la adquisición de un Swisens Atomizer.